光纤光栅智能应变传感器系统的研制与不确定度分析

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:xuyixinsiboy
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应变是最能直接反应结构局部特性,也是在大型结构如边坡、隧道、桥梁等工程安全防护监测中的一个重要物理量。大型结构建设伴随着工业的飞速发展和科技的进步进入到飞速发展的阶段。为了保证人民的生命和财产安全,降低工程事故的发生,需要对边坡等大型结构进行实时的安全监测。在计算机测控系统技术的飞速发展的背景下,光纤Bragg光栅智能应变传感器系统作为近年来飞速发展的新型传感器系统在工程上得到了越来越广泛的应用。光纤Bragg光栅智能应变传感器系统相比传统的电磁应变传感器具有抗电磁干扰能力强、测量范围广、传输损耗小、测量精度高以及实时性强等特点,能够满足需要实时监控的大型建筑如大坝、边坡、桥梁、公路而得到了广泛的应用。本文研制了一种光纤Bragg光栅应变传感器对应变量的检测进行了理论和实验研究。结合GB/T 15972.3光纤总规范第3部分:机械性能试验方法,JJG 475-1986:电子万能试验机检定规程和JG/T 422-2013土木工程用光纤光栅应变传感器,研究和开发软硬件一体的具有高准确度与回归分析功能的光纤光栅传感器智能检定系统,实现光纤光栅传感仪表检测数据从原始记录到出具检测报告所有信息的数字化和集中管理。并对光纤光栅应变传感器的检定结果进行误差分析和不确定度评价。课题主要研究内容如下:(1)主要介绍光栅Bragg光栅应变传感器的传感机理,从光纤Bragg光栅的光学特性和光纤应变传感机理和温度补偿机理出发设计了一种光纤Bragg光栅应变传感器结构,光纤Bragg应变传感器智能化采用了非线性校准和温度补偿,为后面算法实现提供理论依据。(2)搭建光纤Bragg光栅应变传感器智能检定系统,使检测系统实现集传动机构、测量控制机构以及计算机智能计算、检测和标定系统于一体,并且能够实现自动出示监测报告的软硬件综合检测系统。(3)对光纤Bragg光栅应变传感器进行测试。通过智能检定平台对传感器静态标定指数进行分析,得出传感器相应的灵敏度、线性度等技术指标。然后通过对得到的数据以及实验过程中产生的误差进行不确定度分析,得出传感器的不确定度。传感器的灵敏度为0.779pm/με,线性度误差为2.95%FS,重复性误差为4.58%FS,回程误差为3.18%FS,通过对得到的数据以及实验过程中产生的误差进行不确定度分析,得出传感器的不确定度5.79με。
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